广角低畸变镜头的设计

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1.视场角＞80°
2.光圈F2
3.可见光
4.总长20mm
5.焦距3±1mm
6.畸变-5%～1%
7.照度40%
8.发散角20°
9.像高3.75
10.MTF中心到0.8视场180线＞0.3
11.后焦4.5mm
12.公差分析


朋友们好，前辈们好，做一个视讯镜头，练练手。首先指标如上，我们一看就知道，这是一个广角低畸变的镜头，考虑到对称结构光圈做不大，视场角做不大，双端负试结构的发散角太大，那么对于这类镜头，有一个很经典的结构:2G4P（各大专利网都可以搜，挺多初始结构的，这里我主要讲一下优化过程中的细节处理，和一些个人理解），用非球来做低畸变会非常好，而且非球还特别多，我个人喜欢将三块非球放到后组，这样的话优化起来非常快，而且利于拉畸变。初始图大概这样：




然后就是结构的搭配了:首先要考虑到低畸变，所以我们最好是前组三块，后组三块，尽量的去对称。然后后组三块我们用“正负正”的经典搭配，利于消除各种像差，而且在优化过程中要一直保证“正负正”的形状。再来说一说理论设计，我们都知道，像高焦距公式:y×（1-dist)＝f×tan（θ），因为低畸变，基本可以忽略，因为焦距的要求不高，假设焦距为3mm，像高做到3.75mm的话，那么算出来，视场角大约就是50°，而我们要知道，焦距和像高是一对矛盾量（就比如波前和MTF操作数），所以我们同时控制像高和焦距的话，系统不知道往哪个方向去走，所以会跑的很慢，而且会一直陷入局部最小值，不利于我们的优化，而我的处理方式就是只控制像高，等所有要求都达标之后，后期慢慢拉畸变下来，但是初始还是要把畸变的最大值控制一下的，我一般oplt限制17%或者18% 的畸变，因为如果你不管它的话，它很可能跑到25%以上的畸变去了，到时候你再想把它拉下来，你的整个结构都会坏掉，所以初始值有必要控制一下，操作数不要给太多，总长像高后焦控制一下就够了，一般你的光路没太大问题的话，发散角也不会很大的，最好设计完了看一下就行。






再就是上非球系数，推荐只从4阶开始，然后慢慢往上加，不要给圆锥系数，因为圆锥系数的值一般在±100，太大了会成本很高，你还要用操作数去控制，一个是麻烦，再一个确实没必要，多几个变量其实也就那么回事。







然后我们再看一下材料，最好用生产频率高，相对价格也不高的材料，口径最好小于10mm，因为有的厂家只生产口径＜10mm的玻璃，大了就可能需要找其他人，可能会增加成本，看一下定心系数，最好全部大于0.15，如果卡在0.05左右，就需要更好的精度，也会增加成本，不利于量产。这如果要把口径压下来的话，要增加第一块的折射率，用操作数限制一下，然后再去考虑材料的搭配。






这是设计完成之后的图，以及各种指标，大家可以看看：













目前我的设计广角低畸变镜头的方法，大概就是这样，我也希望大家能够多多交流，分享一下是怎么做广角低畸变镜头的，希望有更好的方法去做，提升自己的水平，望大家都不吝赐教！我也知道，以这个结构来说，肯定在180线能够做到0.4的，而我用这个结构只能做到0.3，提升空间肯定是很大的，哪里有错误，或者需要改进的，也希望大家指点，批评！

光吗？

这锤玻璃了吗，这个确实是个经典结构，评价函数直接波前拉？点列图会拉坏吗

hhhddd

光吗？ 发表于 2023-2-21 21:12
这锤玻璃了吗，这个确实是个经典结构，评价函数直接波前拉？点列图会拉坏吗

你好，我用的是PTV+主光线来优化的，文中的波前和mtf操作数只是比喻矛盾量。至于锤玻璃，后组三块正负正的结构，肯定是没有换的，第二块玻璃也没有换，一直都是APL5014GH比较稳定，然后锤形优化换材料的话，就只正对第一块和第三块，我默认使用的HQK3L和HZF52，后来换材料后发现比较贵，我就换成ZF62了。

jnu-cgl

问下楼主，发散角20°是啥指标

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jnu-cgl 发表于 2023-2-21 23:43
问下楼主，发散角20°是啥指标

前辈您好，好像是一款1/2.7”的传感器，具体是哪个我忘了，发散角要求的是20°，我明天看了再发您

去微软推哦怕

请请教一下 这个没开光线瞄准吗？

Decade

第三片镜片是否有些平了，第六片镜片的形状对于这种镜头来说是否加工难度较高

ltyg

注意光线瞄准点近轴或者实，现在的结构还可以，但是光线是不对的

Paul心怀宇宙

APL5514ML这个材料成型有问题，各大厂商已经不太用了，可以换成APL5014CL

hhhddd

Paul心怀宇宙 发表于 2023-2-22 11:23
APL5514ML这个材料成型有问题，各大厂商已经不太用了，可以换成APL5014CL

好！感谢前辈指点，塑料材料我不太了解，也不知道价格